JPH10273703A

JPH10273703A - 金属焼結体の製造方法及び金属焼結体

Info

Publication number: JPH10273703A
Application number: JP8024097A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yamamoto; 昇司山本; Takuya Kodama; 卓弥児玉; Jun Inahashi; 潤稲橋; Hiroshi Yamaguchi; 博史山口
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】脱脂、焼結時の変形のない寸法精度の良好な
金属焼結体を製造する。【解決手段】金属粉末と有機バインダーとの混練物に
よってグリーン体１及びグリーン体セッター２を成形す
る。グリーン体１をセッター３上に載置するに際して、
セッター３上にグリーン体セッター２を載置するととも
にこのグリーン体セッター２と前記グリーン体１との接
触面にセラミックス粉を主成分とした分離材４を塗布し
た後、グリーン体セッター２上にグリーン体１を載置し
て、脱脂および焼結処理を行う。グリーン体１とセッタ
ー３とが直接に接触しないと共に、グリーン体セッター
２がグリーン体１と同一の焼結収縮を行うため、変形の
ない焼結ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末と有機バ
インダーとの混練物からなるコンパウンドを射出成形
し、脱脂及び焼結工程を経て焼結体とする金属焼結体の
製造方法及び金属焼結体に関する。

【０００２】

【従来の技術】小物金属部品の加工方法として金属粉末
射出成形方法（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏ
ｌｄｉｎｇ、ＭＩＭ）が用いられている。このＭＩＭ
は、金属粉末と有機バインダーとの混練物からなるコン
パウンドを射出成形して、成形体（グリーン体）とした
後、成形体から加熱、溶剤等によりバインダー成分を除
去する脱脂を行って脱脂体（ブラウン体）とした後、焼
結工程でブラウン体を焼結して焼結体とする製造方法で
ある。かかるＭＩＭでは、特開平４−２１０４０５号公
報に開示されているように、セラミックス製の耐火板で
ある焼結治具（セッター）上に、グリーン体を載置し、
この載置状態のままで脱脂、焼結処理を行い焼結体を製
造している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＩＭ
では、焼結時に１０〜２０％程度の寸法収縮が生じるた
め、セッター上に直接にグリーン体を載置すると、セッ
ター表面の状態がそのまま製品の品質に影響を与えてい
る。すなわち、セッター表面が粗い場合には、焼結収縮
時におけるセッター表面とグリーン体との間の摩擦抵抗
が大きいため、均等収縮しにくく、これにより変形やバ
ラツキが発生する。特に薄肉部分がセッター上に接触す
るような形状では、焼結収縮の駆動力が小さいため、セ
ッター面との摩擦抵抗の影響を大きく受け、より変形し
易いものとなっている。また薄肉部と厚肉部が混在する
形状の場合にも、部位により摩擦抵抗が異なるため、均
等に焼結収縮しにくく寸法精度が向上しない問題があ
る。

【０００４】これに対し、セッター表面の摩擦抵抗を低
減させるため、セッター表面を研磨することも考えられ
る。ところが、変形を少なくし、寸法精度を向上させる
ためにはラップ研磨まで施す必要があり、セッターへの
処理が面倒で、コストが大幅に高くなる。

【０００５】また真空下での高温焼結時に、セッターか
ら構成成分の一部が飛散し、焼結終了の冷却時に、その
飛散した成分がセッター表面に再付着して、セッターの
表面粗さを悪化させる現象が生じており、繰り返し使用
上の問題となっている。

【０００６】本発明は上記問題点を鑑みてなされたもの
で、セッターとグリーン体との摩擦抵抗の悪影響を除去
し、均等な焼結収縮を可能とすることにより、変形のな
い寸法精度の良好な金属焼結体を製造することが可能な
製造方法を提供することを目的とする。又、本発明は、
この製造方法によって製造される金属焼結体を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１の発明の製造方法は、金属粉末と有機バイン
ダーとの混練物から成る成形体を脱脂、焼結して金属焼
結体を製造する方法であって、前記成形体と同一の混練
物により載置治具を形成し、この載置治具をセラミック
スから成る焼結治具上に載置すると共に、載置治具と成
形体との接触面にセラミックス粉末を主成分とした分離
材を塗布した後、分離材と接触するように成形体を載置
治具上に載置して前記脱脂及び焼結を行うことを特徴と
する。

【０００８】請求項２の発明の金属焼結体は、金属粉末
と有機バインダーとの混練物により成形体及び載置治具
が成形され、載置治具に塗布されたセラミックス粉末を
主成分とした分離材に接触するように成形体が載置され
ており、前記載置治具がセラミックスからなる焼結治具
上に載置された状態で脱脂及び焼結されていることを特
徴とする。

【０００９】本発明は、グリーン体と同一の混練物から
成る載置治具（以下、グリーン体セッターと記する。）
を成形し、このグリーン体セッターを焼結治具上に載置
すると共に、グリーン体セッターにおけるグリーン体と
の接触面にセラミックス粉を主成分とした分離材を塗布
し、この接触面にグリーン体を接触状態で載置して、脱
脂及び焼結を行う。このためグリーン体はグリーン体セ
ッターとは接触するが、セッターの表面とは直接に、接
触することがない。これにより、焼結収縮時にセッター
表面の摩擦抵抗を受けることがない。また、グリーン体
とグリーン体セッターは同材料であるため焼結時に同じ
収縮挙動を行うと共に、同時に収縮する。その為、グリ
ーン体はグリーン体セッターからも摩擦抵抗を受けるこ
となく円滑に焼結収縮する。

【００１０】以上により、グリーン体は載置面からの摩
擦抵抗を受けることなく、焼結収縮がなされるため、載
置面との焼結収縮時の摩擦抵抗が原因で発生する載置面
部分の変形を防止することが出来る。またグリーン体と
グリーン体セッターとの接触面にはセラミックス粉から
なる分離材が塗布されているため、グリーン体とグリー
ン体セッターが焼結時に結合することがなく、焼結後に
おいても、焼結体を容易に取り出すことができる。

【００１１】グリーン体セッターの作製は、グリーン体
と同じ金型を用いたファミリー取りで成形を行うことが
材料、工数の点から望ましいが、これに限ることなく汎
用性のある平板形状のグリーン体セッター用金型を用い
て、個別に成形してもよい。また、射出成形にこだわら
ずグリーン体と同材質のシートを使用しても良く、その
他いかなる手段で作製しても良い。

【００１２】グリーン体セッターの形状は平板形状でも
良く、焼結するグリーン体の形状に合わせた形状でも良
い。平板形状の場合には、グリーン体セッターも脱脂、
焼結されるところから一つの部品のグリーン体セッター
としてだけではなく、その他の部品にも流用することが
できる。また、グリーン体の形状に合わせたグリーン体
セッターの場合には、複雑な形状の成形体を精度良く製
造することができる。

【００１３】分離材としてのセラミックス粉末は、物理
及び化学的に安定でかつ金属との濡れ性が低いものであ
れば良く、比較的安価に入手することができるアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）が望ましいが、これに限ることなくＳｉ
Ｏ₂，ＢＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＴｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃等を使
用しても良い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
とともに詳細に説明する。

【００１５】（実施の形態１）（構成）図１〜図３は、本発明の実施の形態１を示し、
図１は本実施の形態に使用するグリーン体を示すもの
で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は側面図、図２はグリ
ーン体の脱脂および焼結状態を示す側面図、図３は焼結
体の変形量の測定方法の平面図である。

【００１６】本実施の形態において使用するグリーン体
１は、図１（ａ），（ｂ）に示す如く、長方形の平板状
となっており、長さ方向の中央部に丸穴１ａを有してい
る。このグリーン体１の寸法については、幅Ｗが４．５
ｍｍ、長さＬが１２．５ｍｍ、厚さＴが２．５ｍｍであ
り、丸穴１ａの直径Ｄは３．５ｍｍである。この実施の
形態では、ＳＵＳ３１６Ｌの金属粉末１００重量部と、
有機バインダーとして、パラフィンワックス、アクリ
ル、ポリスチレン、ステアリン酸を合計１１重量部混練
してコンパウンドとし、このコンパウンドを射出成形し
てグリーン体とした。グリーン体１の成形は射出成形機
のシリンダー温度を最高で１６０℃に設定して行った。
グリーン体１の脱脂は大気雰囲気で最高３５０℃の温度
で加熱することにより行った。脱脂体を焼結する条件は
最高温度１３２０℃、Ａｒ雰囲気５Ｔｏｒｒ下で行っ
た。また、本実施の形態で使用したセッター３はアルミ
ナ純度９９．６％の平板状であり、表面粗さはＪＩＳ
Ｂ００３１の▽仕上げ記号で▽▽▽のものを使用した。

【００１７】まず、上述したコンパウンドを用いてグリ
ーン体１とグリーン体セッター２を射出成形した。グリ
ーン体セッター２の形状は厚さ１．５ｍｍの平板状であ
る。そして、得られたグリーン体セッター２を図２に示
す如くセッター３上に載置する。さらにこのグリーン体
セッター２のグリーン体１との接触面に、セラミックス
粉末からなる分離材として粒度＃８０のアルミナ粉末４
を厚さ１０ｍｍ程度で均一に塗布した後、その上にグリ
ーン体１を載置した。以上のように載置されたグリーン
体１を脱脂炉内で、上述した脱脂条件で脱脂した後、焼
結炉内で上述した焼結条件で焼結を行い、図３に示す金
属焼結体１０とした。

【００１８】表１は、この焼結体１０の薄肉部Ａ，Ｂの
変形量を光学測長機（「ＬＭＭ−２５０」オリンパス光
学工業（株）製）にて測定した結果を示す。同表におけ
る変形量の測定方法は図３に示すように薄肉部Ａ，Ｂの
最も膨らんだ部分から肉厚部の平坦部５，６へ垂線を降
ろした垂線の長さである。

【００１９】比較例１として、グリーン体セッター２を
使用することなく、グリーン体１を直接に、セッター３
上に載置し、同条件で脱脂、焼結を行った際の焼結体の
変形量を測定し、その結果についても表１に示した。

【００２０】表１より、比較例１においては薄肉部Ａが
０．０６２ｍｍ，薄肉部Ｂが０．０５１ｍｍと変形量が
大きいのに対して、本実施の形態では薄肉部Ａが０．０
０９ｍｍ、薄肉部Ｂが０．００７ｍｍと減少している。
またバラツキ（標準偏差）については、表１には示して
いないが全長、肉厚寸法共に比較例１より本実施の形態
の方が小さくなっていることが確認された。

【００２１】以上のことを考察すると、比較例１では、
グリーン体１をセッター３上に直接に載置しているた
め、焼結収縮時に摩擦抵抗を大きく受け、特に焼結駆動
力の小さい薄肉部は、厚肉部に比較して焼結収縮されに
くく、焼結収縮が均等に行われずに薄肉部の変形が生じ
たといえる。

【００２２】これに対して、本実施の形態では、グリー
ン体１をセッター３上に直接に載置していないため、焼
結収縮時にセッター３の表面との摩擦抵抗を受けること
がなく、またグリーン体１とグリーン体セッター２が同
材料であるため、焼結時に同じ収縮量で同時に収縮す
る。このため、グリーン体１はグリーン体セッター２か
らの摩擦抵抗を受けることなく、均等に焼結収縮がなさ
れる。これにより、変形のない寸法精度の良好な金属焼
結体を得ることができたものである。

【００２３】（実施の形態２）図４及び図５は本発明の
実施の形態２を示し、図４はグリーン体２０を示すもの
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央縦断面図、図５は脱
脂および焼結状態を示す断面図である。

【００２４】グリーン体２０は、図４に示す如く、薄肉
の円筒体７ｄと、円筒体７ｄの一方の外側に突設された
突起７ａと、この突設７ａとの対向側の外側の上下位置
に突設された２個の突起７ｂ，７ｃとを有した形状とな
っている。円筒体７ｄは長さＬが２２．５ｍｍ、外径Ｄ
が１４．５ｍｍ、内径ｄが１０．５ｍｍである。

【００２５】この実施の形態では、ＳＵＳ６３０の金属
粉末１００重量部と、有機バインダーとして、パラフィ
ンワックス、アクリル、ポリスチレン、ステアリン酸を
合計１０重量部混練してコンパウンドとし、このコンパ
ウンドを射出成形してグリーン体とした。グリーン体２
０の成形は、射出成形機のシリンダー温度を最高で１６
０℃に設定して行った。グリーン体２０の脱脂は大気雰
囲気で最高３５０℃の温度で加熱することにより行っ
た。脱脂体を焼結する焼結は最高温度１３２０℃、Ａｒ
雰囲気５Ｔｏｒｒ下で行った。本実施の形態で使用した
セッター９は実施の形態１と同じアルミナ純度９９．６
％の平板からなり、表面粗さはＪＩＳＢ００３１の▽
仕上げ記号で▽▽▽のものを使用した。

【００２６】まず、実施の形態１と同様に、上述したコ
ンパウンドを用いてグリーン体２０とグリーン体セッタ
ー８を射出成形した。グリーン体セッター８の形状は、
厚さ２．５ｍｍの平板状である。そして、このグリーン
体セッター８をセッター９上に載置する。さらにグリー
ン体セッター８のグリーン体２０との接触面にセラミッ
クス粉末からなる分離材としてて、粒度＃１００のアル
ミナ粉末１５を塗布し、その上にグリーン体２０を載置
した。この状態のままで脱脂炉内で上述の条件で脱脂し
た後、焼結炉内で上述した条件で焼結を行い金属焼結体
とした。

【００２７】表１に、この実施の形態で得られた焼結体
の外径寸法（Ｄ２）と内径寸法（ｄ２）の変形量を真円
度測定機で測定した結果を示す。変形量は外径寸法Ｄ，
内径寸法ｄそれぞれの実測最大寸法から、真円に換算さ
れた時の外径、内径寸法をそれぞれ差し引いた値とし
た。

【００２８】比較例２として、グリーン体セッター８を
使用することなく、直接にグリーン体２０をセッター９
上に載置し、同条件で脱脂、焼結を行った際の焼結体の
変形量を測定した。その結果についても表１に示す。

【００２９】表１より、比較例２においては外径寸法
（Ｄ２）の変化量が０．１７３ｍｍ，内径寸法（ｄ２）
の変化量が０．１３８ｍｍと大きいのに対して、本実施
の形態では外径寸法Ｄ２が０．０２２ｍｍ、内径寸法ｄ
２が０．０１６ｍｍと減少している。またバラツキ（標
準偏差）については、表１には示していないが、円筒体
７ｄの全長、外径、内径寸法いずれも比較例２よりも、
本実施の形態の方が小さくなっていることが確認でき
た。

【００３０】比較例２では、グリーン体２０はセッター
９に直接に載置している為、焼結収縮時の摩擦抵抗が大
きく、焼結収縮が行われずに薄肉部の変形が生じたもの
である。グリーン体２０は薄肉の円筒形状であるのに加
え突起７ａ，７ｂ，７ｃが外周上に形成されている為、
載置面にかかる自重も部位によって異なっている。この
ため摩擦抵抗の影響をさらに大きく受け、均等に収縮さ
せることが難しくなっている。

【００３１】これに対して、本実施の形態では、グリー
ン体２０をセッター９上に直接に載置していないため、
焼結収縮時にセッター９の表面との摩擦抵抗を受けるこ
とがなく、またグリーン体２０とグリーン体セッター８
が同材料であるため、焼結時に同じ収縮量で同時に収縮
しする。このためグリーン体２０はグリーン体セッター
８からの摩擦抵抗を受けることなく、均等に焼結収縮が
なされる。これにより、変形の少ない寸法精度の良好な
金属焼結体を作製することができた。

【００３２】（実施の形態３）図６及び図７は本発明の
実施の形態３を示し、図６はグリーン体セッターを示す
ものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央縦断面
図、図７はグリーン体の脱脂および焼結状態を示す断面
図である。

【００３３】実施の形態において使用するグリーン体２
１は、実施の形態２のグリーン体２０と同一のものであ
るが、グリーン体セッター１２は実施の形態２と異なっ
ている。このグリーン体セッター１２は図６に示すよう
に、平板状の本体１２ａの中央部に、グリーン体２１の
円筒体７ｄが挿入される凹部１４が設けられている。凹
部１４はグリーン体２１の円筒体７ｄの外径に対応する
内径を有している。

【００３４】コンパウンドとしては、実施の形態２と同
様に、ＳＵＳ６３０の金属粉末１００重量部と、有機バ
インダーとして、パラフィンワックス、アクリル、ポリ
スチレン、ステアリン酸を合計１０重量部混練したもの
を用いた。グリーン体２１の成形は、射出成形機のシリ
ンダー温度を最高で１６０℃に設定して行った。そし
て、グリーン体２１の脱脂は大気雰囲気内で最高温度３
５０℃で加熱を行うことにより行った。脱脂後の焼結は
最高１３２０℃、Ａｒ雰囲気５Ｔｏｒｒ下で行った。本
実施の形態にて使用したセッター１２は実施の形態２と
同じ材質のアルミナ純度９９．６％からなり、表面粗さ
はＪＩＳＢ００３１の▽仕上げ記号で▽▽▽のものを
使用した。

【００３５】まず、実施の形態２と同様に、上述したコ
ンパウンドを用いてグリーン体２１とグリーン体セッタ
ー１２を射出成形した。グリーン体セッター１２の寸法
は、本体１２ａが厚さ１０ｍｍからなり、凹部１４はグ
リーン体２１の円筒体７ｄが挿入でき且つ分離材を塗布
できるだけのクリアランス０．１ｍｍを有した直径１
４．６ｍｍに成形した。

【００３６】図７に示す如く、グリーン体セッター１２
をセッター１３上に載置し、セラミックス粉末からなる
分離材として粒度＃１００のアルミナ粉末１６をグリー
ン体２１の円筒部との接触面となるグリーン体２１の凹
部１４の底部１７及び側面部１８に塗布する。そして、
この凹部１４内にグリーン体２１の円筒体７ｄを挿入し
た。この状態で脱脂炉内で上述した条件で脱脂した後、
焼結炉内で上述した条件で焼結を行い金属焼結体とし
た。

【００３７】表２に、この実施の形態で得られた焼結体
の外径寸法（Ｄ３）と内径寸法（ｄ３）の変形量を真円
度測定機で測定した結果を示す。変形量は実施の形態２
と同様にして算出した。本実施の形態では外径寸法（Ｄ
３）の変形量が０．０１１ｍｍ，内径寸法（ｄ３）の変
形量が０．０６８ｍｍと小さいものである。また、バラ
ツキ（標準偏差）については、表１には示していない
が、円筒体７ｄの全長、外径、内径寸法いずれも比較例
２より小さくなっていることを確認した。

【００３８】この実施の形態では、実施の形態１、２と
同様に変形量の少ない寸法精度の良好な金属焼結体を得
ることができる。これに加えてグリーン体セッター１２
に形成された凹部１４の側面の焼結駆動力によりグリー
ン体７の円筒体７ｄの外側も所定形状に倣うため、より
寸法精度を向上させる事ができる。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、焼結治具と成
形体との摩擦抵抗を除去できるため、焼結収縮時の部位
による収縮挙動の差がなくなって、均等に焼結収縮させ
ることができ、変形のない寸法精度の良好な金属焼結体
を製造することが可能となる。請求項２の発明によれ
ば、変形のない寸法精度の良い金属焼結体とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は実施の形態１のグリーン体の平面図、
（ｂ）はグリーン体の側面図である。

【図２】実施の形態１の脱脂、焼結状態を示す側面図で
ある。

【図３】実施の形態１の焼結体の変形量の測定方法を示
す平面図である。

【図４】（ａ）は実施の形態２のグリーン体の平面図、
（ｂ）はグリーン体の中央縦断面図である。

【図５】実施の形態２の脱脂、焼結状態を示す断面図で
ある。

【図６】（ａ）は実施の形態３のグリーン体セッターの
平面図、（ｂ）はグリーン体セッターの断面図である。

【図７】実施の形態３の脱脂、焼結状態を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１，２０，２１グリーン体２，８，１２グリーン体セッター３，９，１３セッター４，１５，１６分離材

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年４月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】まず、上述したコンパウンドを用いてグリ
ーン体１とグリーン体セッター２を射出成形した。グリ
ーン体セッター２の形状は厚さ１．５ｍｍの平板状であ
る。そして、得られたグリーン体セッター２を図２に示
す如くセッター３上に載置する。さらにこのグリーン体
セッター２のグリーン体１との接触面に、セラミックス
粉末からなる分離材として粒度＃８０のアルミナ粉末４
を厚さ１０μｍ程度で均一に塗布した後、その上にグリ
ーン体１を載置した。以上のように載置されたグリーン
体１を脱脂炉内で、上述した脱脂条件で脱脂した後、焼
結炉内で上述した焼結条件で焼結を行い、図３に示す金
属焼結体１０とした。以上

フロントページの続き (72)発明者山口博史東京都谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属粉末と有機バインダーとの混練物か
ら成る成形体を脱脂、焼結して金属焼結体を製造する方
法であって、前記成形体と同一の混練物により載置治具を形成し、こ
の載置治具をセラミックスから成る焼結治具上に載置す
ると共に、載置治具と成形体との接触面にセラミックス
粉末を主成分とした分離材を塗布した後、分離材と接触
するように成形体を載置治具上に載置して前記脱脂及び
焼結を行うことを特徴とする金属焼結体の製造方法。
【請求項２】金属粉末と有機バインダーとの混練物に
より成形体及び載置治具が成形され、載置治具に塗布さ
れたセラミックス粉末を主成分とした分離材に接触する
ように成形体が載置されており、前記載置治具がセラミ
ックスからなる焼結治具上に載置された状態で脱脂及び
焼結されていることを特徴とする金属焼結体。